Produttori di componenti si adoperano per fornire all’industria soluzioni che incrementino la sicurezza e la produttività degli impianti. In prima fila c’è Mayr, azienda leader nel settore delle trasmissioni di potenza da 125 anni e particolarmente attenta al settore delle turbine eoliche per le quali produce una vasta gamma di componenti, dai limitatori di coppia a frizione ai freni di sicurezza.
Secondo i dati dell'International Energy Agency (IEA) e dell'International Renewable Energy Agency (IRENA), l'energia eolica si posiziona al secondo posto per capacità installata tra le fonti rinnovabili, dietro all'energia idroelettrica e seguita dall'energia solare fotovoltaica.
La rapidità della crescita dell’energia eolica è seconda solo a quella del solare fotovoltaico: la capacità degli impianti eolici secondo il Global Wind Energy Council è arrivata a superare i 900 GW nel 2023, con un tasso di crescita del 9% rispetto al 2022.
La continua espansione è dovuta sia all’aumento di efficienza degli impianti e della conseguente riduzione dei costi di generazione, sia al supporto che governi e comunità tendono ad accordare a questa forma di energia nella maggior parte dei Paesi industrializzati.
Una buona compatibilità ambientale
Le turbine eoliche, una volta installate, non emettono gas serra durante il loro funzionamento e utilizzano una risorsa inesauribile come il vento; inoltre, hanno anche un impatto ambientale relativamente basso, se installate in siti dove non interferiscano in modo irreparabile con ecosistemi e habitat naturali, utilizzando componenti e tecnologie innovative che riducano l'impatto visivo e acustico e attuando piani di manutenzione efficiente per garantire la longevità degli impianti.
Sempre secondo il Global Wind Report 2023 del Global Wind Energy Council (GWEC), l'energia eolica ha rappresentato circa l'8% della produzione globale di energia elettrica nel 2023, con un aumento rispetto al 7,3% dell'anno precedente. Inoltre, il World Energy Outlook 2023 dell'International Energy Agency (IEA) conferma che le politiche di supporto all'energia pulita stanno accelerando il ritmo di cambiamento in molti mercati chiave, contribuendo alla crescita della quota di energia eolica nel mix energetico globale.
Per quanto riguarda l'Italia, secondo i dati di Terna, la società che gestisce la rete elettrica nazionale, l'energia eolica ha coperto circa il 7% del fabbisogno energetico italiano nel 2023. In quest’anno, gli impianti eolici in Italia hanno prodotto circa 20.000 GWh di energia elettrica, una quantità di energia sufficiente a soddisfare il fabbisogno annuo di una città come Los Angeles, con circa 4 milioni di abitanti.
Le previsioni per il 2024 indicano un ulteriore aumento della quota di energia eolica sia a livello globale che in Italia. Il GWEC prevede che il 2024 sarà il primo anno in cui la nuova capacità eolica installata supererà i 100 GW, con una crescita del 15% rispetto al 2023. In Italia, si prevede che la capacità installata continuerà a crescere grazie agli incentivi governativi e agli investimenti nel settore delle energie rinnovabili, aumentando ulteriormente la percentuale di energia eolica nel mix energetico nazionale.
Questi dati evidenziano l'importanza crescente dell'energia eolica nel panorama energetico globale e nazionale, e sottolineano come le politiche di supporto e gli investimenti tecnologici stiano contribuendo a una transizione energetica sostenibile.
Gli impianti in Italia
Attualmente, sono presenti circa 6.000 impianti eolici attivi sul territorio italiano, con una tendenza verso l'incremento delle installazioni, soprattutto nelle regioni meridionali e nelle isole dove condizioni geofisiche e climatiche rendono più facile installarli mantenendo un equilibrio fra elevata efficienza e ridotto impatto ambientale.
Esistono alcuni produttori di impianti totalmente italiani, specializzati soprattutto nella progettazione e realizzazione di turbine di piccole e medie dimensioni, che si distinguono per la semplicità di installazione. La maggior parte delle attività pertinenti al settore eolico in Italia si concentra però sulla gestione e manutenzione degli impianti, assemblati utilizzando componenti prodotti all'estero, mentre la produzione delle turbine di maggiori dimensioni è generalmente affidata a grandi multinazionali del settore.
Anche in questo settore non manca però un certo successo del Made in Italy: le piccole e medie turbine hanno un mercato nell’Est europeo, mentre diverse nostre aziende esportano componenti e conoscenze tecniche.
Funzionamento dell'impianto eolico
Gli impianti eolici trasformano l'energia cinetica del vento in energia meccanica, che viene poi convertita in energia elettrica. Questo processo avviene attraverso diversi passaggi e componenti cruciali.
Le pale del rotore utilizzano la loro forma aerodinamica per convertire l’energia del vento in movimento rotatorio; questo viene trasmesso, tramite il mozzo e l’albero principale, alla scatola degli ingranaggi, se presente, o (nelle turbine a trasmissione diretta) direttamente al generatore.
Nel generatore, l’energia meccanica viene convertita in energia elettrica tramite il principio dell’induzione elettromagnetica. Infine, un convertitore adatta l’energia prodotta in modo da consentirne l’immissione immediata in rete o l’immagazzinamento in batterie o altre forme di accumulo.
Oltre ai componenti di base, le turbine comprendono altri elementi come il sistema di controllo e di raffreddamento, il regolatore di direzione che mantiene le pale allineate con la direzione del vento, la torre che eleva il rotore a un’altezza dove il vento è più forte e stabile, nonché la navicella, struttura che contiene albero, generatore ed eventuale scatola degli ingranaggi, proteggendo questi componenti dagli agenti atmosferici e facilitando l’accesso per le operazioni di manutenzione.
Limitatori di coppia nelle turbine eoliche
Le turbine eoliche sono progettate per funzionare in un intervallo specifico di velocità del vento: generalmente iniziano a funzionare con una velocità del vento compresa tra 3 e 4 metri al secondo (velocità di avvio), raggiungono la produttività massima trai 12 e i 15 metri al secondo (velocità nominale) e continuano a funzionare finché il vento raggiunge velocità intorno ai 25 metri al secondo (90 Km/h). Se questa velocità viene superata per un intervallo di tempo significativo è opportuno che la turbina si fermi automaticamente; in caso contrario potrebbero verificarsi danni strutturali anche gravi, dalla deformazione o rottura delle pale, ai danni alla scatola degli ingranaggi, fino al surriscaldamento e danneggiamento del generatore.
Proprio nella navicella, fra l’albero principale e la scatola degli ingranaggi (o, nel caso di turbine a trasmissione diretta, fra l’albero e il generatore) trova collocazione il limitatore di coppia a frizione. Questo componente, fondamentale per garantire la sicurezza e la longevità della turbina, previene i sovraccarichi che potrebbero danneggiare i componenti meccanici.
Per essere adeguati all'utilizzo in un impianto eolico, i limitatori di coppia a frizione devono avere specifiche caratteristiche. Le condizioni estreme che possono crearsi in caso di forti raffiche impongono componenti di grande robustezza e affidabilità, in grado di resistere ai cicli di carico variabili e intensi. I limitatori di coppia devono inoltre avere necessità di manutenzione minima per ridurre i costi operativi. Infine, è fondamentale che siano precisi, per garantire la prevenzione dei danni, intervenendo al superamento della coppia preimpostata, senza però interrompere la produzione di energia al di sotto della soglia critica.
Funzionamento dei limitatori di coppia a frizione
I limitatori di coppia a frizione sono dispositivi meccanici che controllano la quantità di coppia trasmessa dall'albero principale alla scatola degli ingranaggi e/o al generatore. Una velocità eccessiva del vento, una direzione diversa da quella prevista o una turbolenza eccessiva, a seconda delle caratteristiche progettuali della turbina, può far attivare il limitatore.
In questo caso, il meccanismo di frizione inizia a slittare, limitando la trasmissione della coppia e proteggendo gli altri componenti della turbina. Il limitatore di coppia naturalmente non può ridurre la velocità del vento, però può prevenire che questo causi un eccessivo aumento di velocità del rotore garantendo che continui a funzionare in sicurezza. Riducendo i picchi di carico, previene danni alla scatola degli ingranaggi, al rotore e ad altri componenti meccanici.
Vantaggi dei limitatori di coppia a frizione per l’eolico
Il funzionamento dei limitatori di coppia a frizione è studiato in modo tale da permettere di dissipare gradualmente l'energia in eccesso tramite slittamento controllato, mantenendo la connessione meccanica mentre viene ridotta la coppia trasmessa.
Queste caratteristiche li rendono ideali nelle applicazioni in cui è preferibile evitare interruzioni improvvise e dove una gestione graduale del sovraccarico può prevenire danni senza fermare l'intero sistema.
Gestendo i sovraccarichi con maggior gradualità, un limitatore di coppia a frizione può ridurre i costi di manutenzione e i malfunzionamenti improvvisi.
Per questo motivo i limitatori di copia a frizione sono utilizzati spesso in impianti che richiedono continuità operativa nonostante i sovraccarichi temporanei, come appunto nelle centrali eoliche.
I limitatori di coppia a frizione ROBA
I limitatori di coppia a frizione ROBA (ROBA-slip hub) prodotti da Mayr hanno aspetti progettuali e costruttivi che li rendono perfettamente idonei all’utilizzo di impianti eolici e si distinguono per diverse caratteristiche specifiche che offrono notevoli vantaggi.
Anche in applicazioni ad alta intensità, questi limitatori offrono una precisione elevata e costante nel tempo, senza che siano necessarie regolazioni frequenti per mantenerla. ROBA-slip hub si caratterizza infatti per un'elevata precisione di disconnessione e una ripetibilità accurata, garantendo che il sistema si disinnesti sempre al valore di coppia predefinito. Questa precisione è cruciale per proteggere componenti costosi e delicati nelle turbine eoliche.
I limitatori di coppia a frizione ROBA sono estremamente affidabili, con una costruzione robusta ideale per condizioni operative difficili e variabili. Sono inoltre ampiamente configurabili, il che consente un’accurata personalizzazione per esigenze specifiche, come la gestione di differenti intervalli di coppia e velocità operative.
ROBA-slip hub è facile da installare e ha esigenze di manutenzione molto ridotte. La regolazione continua della coppia permette una calibrazione fine senza necessità di strumenti complessi.
Rispetto ad altri limitatori di coppia a frizione, la precisione di ROBA-slip hub è maggiore e la manutenzione meno frequente, grazie alle superfici di frizione particolarmente resistenti all’usura.
Anche il confronto con i limitatori di coppia a sfera evidenzia i vantaggi di ROBA-slip hub, che non richiede un reset manuale dopo ogni disinnesto, aumentando l’efficienza anche in applicazioni ad alta frequenza di sovraccarico.
Infine, rispetto ai limitatori con la rottura della spina a taglio, ROBA-slip hub presenta il vantaggio di non dover essere sostituito quando si verifica il sovraccarico, il che nelle turbine eoliche implicherebbe una manutenzione laboriosa e costosa.
I limitatori di coppia a frizione svolgono un ruolo vitale nella protezione delle turbine eoliche, permettendo di operare in sicurezza anche in condizioni di vento avverso. Essi assicurano che la produzione di energia rimanga stabile e che i componenti meccanici non subiscano danni, prolungando la vita utile della turbina e garantendo un funzionamento efficiente e sicuro.
Utilizzando i limitatori di coppia a frizione ROBA, i costruttori di impianti eolici possono beneficiare di tempi di fermo ridotti, maggior efficienza e allungamento della vita utile delle turbine.
La gamma Mayr per l’eolico
Oltre ai limitatori di coppia a frizione ROBA, Mayr mette a disposizione di progettisti e produttori di generatori eolici anche le sue competenze e la sua esperienza pluridecennale nel settore fornendo un’ampia gamma di freni di sicurezza, in grado di garantire tempi di fermo minimi e caratterizzati da elevata flessibilità del design costruttivo. I freni Mayr per le applicazioni offshore sono disponibili anche in versioni per climi freddi, certificate per applicazioni fino a -40°C dal Germanic Lloyd (GL).
Fra i modelli di freno più apprezzati nel settore si può ricordare ROBA-stop-M Servo-pitch, progettato per installazione all’estremità libera dell’albero e perfetto per i servomotori dell’asse pitch dei generatori eolici, che pongono requisiti molto elevati in termini di densità di prestazioni e temperature. Questi freni garantiscono una tenuta affidabile e possono decelerare carichi o masse in movimento. In caso di interruzione dell'alimentazione, guasto o malfunzionamento del servofreno nel motore di azionamento, i freni ROBA-stop-M mantengono l'asse in qualsiasi posizione, proteggendo gli organi di trasmissione e il sistema da eventuali danni.
Non va dimenticato inoltre il modulo di controllo per sistemi frenanti ROBA-brake checker, progettato per monitorare i freni senza l’impiego di sensori esterni, in grado di rilevare possibili guasti prima che si verifichino e facilitando la manutenzione predittiva.
Per saperne di più sui limitatori di coppia, visita la nostra pagina dedicata: Limitatori di coppia: Giunti di sicurezza per il mantenimento del carico
Dal 1897 Mayr, il partner affidabile per le tecnologie di azionamento e la trasmissione di potenza, offre soluzioni innovative alle migliori aziende dei più diversi segmenti dell’industria meccanica. Con la sua gamma completa di limitatori di coppia, giunti di trasmissione e freni di sicurezza, l’azienda è in grado di soddisfare rapidamente la maggior parte delle richieste; i tecnici Mayr sono a disposizione per fornire consulenze senza impegno relativamente al prodotto da scegliere o, se necessario, da realizzare su misura in tempi compatibili con le esigenze della produzione. Per ulteriori informazioni sulle soluzioni Mayr, è possibile contattare l'azienda telefonicamente al numero +39 049 8791020 o via mail (info@mayr-italia.it), o visitare il sito mayr.com/it.
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